29.10.2018

Dynamischer Entlademanager für große Kapazitäten

Mehr Sicherheit

Um in der Antriebstechnik die Kapazität im Zwischenkreis abhängig von der Anwendung zu erhöhen, hat die Firma Michael Koch schon seit einigen Jahren einen dynamischen Speichermanager im Portfolio. Im Wartungsfall müssen sich diese Kapazitäten aber auch wieder sicher entladen lassen. Dafür wurde nun ein passendes Gerät vorgestellt, das auf dem gleichen System basiert.


Nach rund 500 Sekunden sind mit dem Dynamischen Entlade-Manager DDM 4.0 in Verbindung mit dem sicheren Bremswiderstand B3H3.6100-1000 der Michael Koch GmbH Kapazitäten mit einem Energieinhalt von 1,7 Megajoule von 450 Volt auf ungefährliche 10 Volt entladen
Bild: WERBEKOCH GmbH

Die Größe der Kapazitäten in einem Gleichstromzwischenkreis von Antriebs-Controllern bestimmt deren Fähigkeit, in Echtzeit und ohne störende Netzbelastung Lastwechsel zu realisieren. Beim Bremsen werden die Kapazitäten geladen, beim Beschleunigungen wird die notwendige Energie zuerst aus den Kapazitäten gezogen und anschließend aus dem Stromnetz. Je größer die Kapazitäten, desto mehr Spielraum für die bei Lastwechseln entstehende bzw. notwendige Energie ist vorhanden. Serienmäßig sind die Controller, also Frequenzumrichter und Servoregler, aus Kostengründen mit recht kleinen Zwischenkreiskapazitäten ausgestattet. Sie können aufgrund der begrenzten Stromtragfähigkeit ihrer Ladeschaltungen - wenn überhaupt - meist nur geringfügig passiv erweitert werden. Aus diesem Grund bietet der Weg aktiver Erweiterung der Zwischenkreiskapazitäten eine gute Alternative, wie ihn die Firma Koch mit ihren dynamischen Energiespeicherlösungen anbietet. So kann ein System mit dem Speichermanager DSM 4.0, der die Energieströme im Zwischenkreis aktiv organisiert, Energiemengen bis weit über 1MJ umfassen. Beim Einsatz von Superkondensatoren reicht das Systemangebot bis zu kurzzeitigen Spitzenleistungen von über 200 kW und Energiemengen bis knapp 1,7MJ. Das System wird anschluss- und betriebsfertig in einem Schaltschrank mit Abmessungen von 2.000x1.200x600mm verbaut und applikationsgerecht vorkonfiguriert. Mit einem solchen System wird die Eigenschaft Plug&Play gänzlich realisiert.

Entladung von Superkondensatoren

Alle Kondensatoren sind in bestimmten Fällen, z.B. vor Umbau- oder Wartungsarbeiten, auf ein ungefährliches Spannungsniveau zu entladen. Im Gegensatz dazu müssen Batterien in solchen Fällen nur vom Gesamtsystem getrennt werden. Durch den neu entwickelten dynamischen Entlademanager DDM 4.0 kann eine sichere Entladung von Kapazitäten in einem System mit höheren Energien erfolgen. Genau in diese Richtung zielt Koch mit der Ergänzung des Produktprogramms. Durch den verbundenen Bremswiderstand können große Elko- oder Supercap-Kapazitäten schnell und sicher auf ein Spannungsniveau von 10V entladen werden. Das neue Gerät entnimmt dem System in Verbindung mit den verbauten Speichermanagern in serienmäßiger Einstellung 3,5kW Leistung und führt dies in den passenden ohmschen Widerstand ab. Das bedeutet, dass z.B. Kapazitäten mit einer Energiemenge von 1MJ in maximal 310s auf ein ungefährliches Spannungsniveau von zehn Volt gebracht werden. Applikationsspezifisch kann die Entladeleistung und damit auch der sichere Bremswiderstand auf besondere Anforderungen angepasst werden.

Im Schaltschrank und außerhalb

Im gleichen Gehäuse wie die gesamte Reihe der dynamischen Energiespeicherlösungen von Koch unterscheidet sich der DDM 4.0 nicht nur in der eingesetzten Hard- und Software, sondern auch durch eine veränderte Front innerhalb der Gerätefamilie. Angeschlossen wird das Gerät über die zwei rechten frontseitigen Federzugklemmen direkt an den Plus- und Minuspolen des Gleichstrom-Zwischenkreises. Mit den beiden linken Klemmen werden die Litzen des sicheren Bremswiderstands angeschlossen. Die für den Verbund ausgewählte Einheit ist in Schutzart IP65 ausgeführt. Der Lastwiderstand kann also auch außerhalb des Schaltschranks montiert werden, um ihn von Wärmeenergie zu entlasten. Auf eine Dauerleistung von 3,6kW ausgelegt, nimmt er eine anstehende Energiemenge von maximal 2MJ auf und setzt diese in Wärme um. Applikationsabhängig können auch sichere Bremswiderstände höherer Leistung ausgewählt werden.

Zusammenarbeit im System

Für den Betrieb bedient sich der DDM 4.0 der Eigenschaften des oder der im System vorhandenen Speichermanager. Letztere entleeren die Speicher in den Gleichstromzwischenkreis und halten dort das Spannungsniveau auf 470VDC. Dadurch gelingt es dem Entlademanager mit weitgehend stetiger Leistung die Energie auf den angeschlossenen sicheren Bremswiderstand zu führen. Somit wird eine deutliche Reduzierung der Entladezeit gegenüber passiver Entladung auf einen ohmschen Widerstand ermöglicht. Wartungs- oder Umbauarbeiten im Schaltschrank sind dadurch nicht nur sicher, sondern auch schneller als bisher durchführbar. Das Gerät erhält zur Aktivierung über den digitalen Eingang ein Signal - entweder von einem Schalter oder von einer übergeordneten SPS. Ein weiterer Weg führt über einen Klartextbefehl, der ebenfalls von einer Steuerung gesendet wird. Gleichzeitig muss das gesamte System vom Stromnetz getrennt sein. Zudem garantiert der DDM4.0 durch seine Eigenschafte die Sicherheit des Systems und damit die des Personals.

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